JP2009264691A - 熱処理装置、インライン式熱処理装置及び被処理物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱エネルギー効率を高めることができる熱処理装置、インライン式熱処理装置及び被処理物の製造方法を提供すること。
【解決手段】熱処理装置３０は、冷却ガスを直接ケーシング２３内へ導入するための導入路を構成する、例えば２つの導入管２４０を備える。また、熱処理装置３０は、チャンバ１８内に連通しチャンバ１８外へ冷却ガスを排出する排出路を構成する排出管２５０を備えている。導入管２４０を介してチャンバ１８外から直接ケーシング２３内へ冷却ガスが導入されるので、熱を受容する前の冷却ガスが、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域に触れることがないので、熱エネルギー効率を高めることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、焼結体、金属材料、その他の被処理物を加熱及び冷却する熱処理装置、インライン式熱処理装置及び被処理物の製造方法に関する。

焼結体、金属材料、その他の被処理物を熱処理する熱処理炉は、一般的に、例えば加熱室と、その加熱室に隣接する冷却室を備える。この熱処理炉では、被処理物が加熱室で加熱された後、冷却室で冷却される。例えば大気圧下、大気圧から多少減圧された減圧下、あるいはさらに真空度が高い真空下で、被処理物は加熱処理される。また、通常、冷却ガスが冷却室内に送り込まれることにより、被処理物が強制冷却される。

ガス冷却式の熱処理炉として、単室型熱処理炉がある（例えば、特許文献１参照。）。この単室型熱処理炉（Ｔ）は、ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に設けられた処理室であるインナーチャンバ（５）とを備えている。インナーチャンバ（５）を覆うようにマッフル（１５）が設けられている。また、冷却用の循環ファン（３）がケーシング（１）の端部に配置され、その端部付近にクーラー（１８）が設けられている。循環ファン（３）及びクーラー（１８）により冷却ガスがケーシング（１）内で循環する。具体的には、クーラー（１８）から吐出された冷却ガスが、マッフル（１５）の下部に設けられた開口（１６Ｂ）、及び、インナーチャンバ（５）の下部に設けられた通気口（９Ｂ）を介してインナーチャンバ（５）に流入する。流入した冷却ガスは、その上部に設けられた通気口（９Ａ）から流出する。通気口（９Ａ）から流出した冷却ガスは、マッフル（１５）とインナーチャンバ（５）との間の流路（Ｐｂ）を通り循環ファン（３）に戻る。

特開２００２−３３３２７７号公報（段落[００２４]、図１及び図２）

特許文献１の単室型熱処理路において、冷却ガスの流路は、マッフル（１５）により、吐出流路（Ｐａ）と吸引流路（Ｐｂ）とに分離され、熱効率が考慮されている。しかしながら、さらに冷却ガスの流れを工夫することで、熱エネルギー効率をさらに高めることができると予想される。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、熱エネルギー効率を高めることができる熱処理装置、インライン式熱処理装置及び被処理物の製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、被処理物全体を均一に冷却することができる熱処理装置、インライン式熱処理装置及び被処理物の製造方法を提供することにある。

本発明の一形態に係る熱処理装置は、チャンバと、ケーシングと、ヒータと、流路と、圧力付与機構とを具備する。

上記ケーシングは、開閉可能な開口を有し、上記チャンバ内に設けられ、被処理物を覆う。上記ヒータは、上記ケーシング内の上記被処理物を加熱する。上記流路は、冷却ガスが上記チャンバ外から直接上記ケーシング内へ導入されるように設けられた導入路と、上記チャンバ内に連通する上記冷却ガスの排出路とを有し、上記流路は、上記冷却ガスを流通させる。上記圧力付与機構は、上記導入路を介して上記ケーシング内に上記冷却ガスが導入され、上記ケーシング内に導入された上記冷却ガスが上記開口を介して上記ケーシング外に流出し、上記流出した、上記チャンバ内にある上記冷却ガスが上記排出路を介して排出されるように、上記冷却ガスに圧力を与える。

本発明の一形態に係るインライン式熱処理装置は、加熱処理部と、冷却処理部と、熱処理装置と、搬送路とを具備する。

上記加熱処理部は、上記被処理物を加熱し、上記冷却処理部は、被処理物を冷却する。上記熱処理部は、上述した熱処理装置と同様の構成を備える。上記搬送路は、上記加熱処理部、上記冷却処理部及び上記熱処理部で、被処理物が連続的に搬送されるように設けられている。

本発明の一形態に係る被処理物の製造方法は、開閉可能な開口を有し、上記チャンバ内に設けられた、被処理物を覆うケーシング内で、上記開口を閉じた状態で、上記被処理物を加熱することを具備する。

上記ケーシングの上記開口は、開放される。上記チャンバ外から導入路を介して直接上記ケーシング内に冷却ガスが導入され、上記ケーシング内に導入された上記冷却ガスが上記開口を介して上記ケーシング外に流出し、上記チャンバ内にある上記冷却ガスが、上記チャンバ内に連通する排出路を介して排出されるように、上記冷却ガスに圧力が与えられる。

本発明の一形態に係る熱処理装置は、チャンバと、ケーシングと、ヒータと、流路と、圧力付与機構とを具備する。

上記ケーシングは、開閉可能な開口を有し、上記チャンバ内に設けられ、被処理物を覆う。上記ヒータは、上記ケーシング内の上記被処理物を加熱する。上記流路は、冷却ガスが上記チャンバ外から直接上記ケーシング内へ導入されるように設けられた導入路と、上記チャンバ内に連通する上記冷却ガスの排出路とを有し、上記流路は、上記冷却ガスを流通させる。上記圧力付与機構は、上記導入路を介して上記ケーシング内に上記冷却ガスが導入され、上記ケーシング内に導入された上記冷却ガスが上記開口を介して上記ケーシング外に流出し、上記流出した、上記チャンバ内にある上記冷却ガスが上記排出路を介して排出されるように、上記冷却ガスに圧力を与える。

この熱処理装置では、チャンバ内に設けられたケーシング内で、被処理物がヒータにより加熱処理され、そのケーシング内に供給される冷却ガスにより冷却される。冷却ガスの導入路は、冷却ガスが前記チャンバ外から直接前記ケーシング内へ導入されるように設けられている。したがって、熱を受容する前の冷却ガスが、チャンバ内であってケーシング外の領域に触れることがないので、熱エネルギー効率を高めることができる。

少なくとも加熱処理時には、チャンバ内は真空であるが、チャンバ内は大気圧であってもよいし、あるいは、大気圧から多少減圧された減圧状態であってもよい。

流路は、チャンバ外で導入路及び排出路を接続することが可能な接続路を有していてもよい。この場合、冷却ガスは流路を循環する。

上記ケーシングは、第１の側と、上記第１の側に対向する第２の側とを有していていもよい。上記導入路は、上記ケーシングの上記第１の側に接続された第１の導入管と、上記ケーシングの上記第２の側に接続された第２の導入管とを有してもよい。すなわち、少なくとも２方向からケーシング内に冷却ガスが導入されるので、被処理物を均一に冷却することができる。

第１の側を構成するケーシングの面及び第２の側を構成するケーシングの面は平行であってもよいし、平行でなくてもよい。

導入路は、複数の第１の導入管（及び／または、複数の第２の導入管）を有してもよい。

上記ケーシングは、上記開口が配置された、上記第１の側及び上記第２の側の間に接続された第３の側を有してもよい。開口が配置された第３の側が第１の側及び第２の側の間にあるので、第１の側及び第２の側から導入されたそれぞれの冷却ガスが、均一かつ効率的にケーシング内を通過して開口を介してケーシング外に流出する。これにより、被処理物は均一に冷却される。

上記ケーシングは、上記ケーシングの下部に上記第３の側を有していもよい。物理現象として温度が低いガスほど下方に向かうので、ケーシング内で効率的に冷却ガスが流れる。

上記ケーシングは、上記ケーシングの下部に上記開口を有し、上記排出路は、上記チャンバの高さ方向における中心位置より高い位置で上記チャンバに接続された排出管を有していもよい。これにより、ケーシングの下部の開口から流出した冷却ガスが、チャンバ内であってケーシング外の領域で上昇して排出管から排出される。すなわち、チャンバ内であってケーシング外の領域において、冷却ガスが拡散するように流れるので、チャンバ内であってケーシング外の領域の熱分布を均一にすることができる。

上記熱処理装置は、上記チャンバの外側であって、上記流路の一部に設けられた熱交換器をさらに具備してもよい。上記特許文献１では、クーラが外側チャンバ内にあるので熱エネルギー効率が低い。しかし、本発明に係る形態では、熱交換器がチャンバの外側に設けられているので、熱エネルギー効率を高めることができる。

上記導入路は、上記ケーシングに設けられたノズルユニットであって、上記冷却ガスを上記ケーシング内に供給する複数のノズルを含むノズルユニットを有していもよい。複数のノズルが設けられることにより、冷却ガスが均一にケーシング内を流れる。

上記ノズルユニットは、上記ノズルユニットの高さ方向の中心位置が、上記ケーシング内に配置された上記被処理物の高さ方向における中心位置より高い位置になるように、上記ケーシングに設けられてもよい。物理現象として温度が低いガスほど下方に向かうので、このような本発明に係る形態により、被処理物を効率的に冷却することができる。

上記熱処理装置は、上記導入路からの上記ケーシング内への上記冷却ガスの流出方向を調整する流出方向調整機構をさらに具備してもよい。これにより、被処理物の大きさ、被処理物のケーシング内の位置等に応じて、冷却ガスの流出方向を調整することができる。この場合、作業者の手作業により、または、作業者の流出方向調整機構への電気的または磁気的な操作入力により、冷却ガスの流出方向が調整されてもよい。

上記流出方向調整機構は、一方向に延びる本体と、上記本体に設けられ、上記本体の延びる方向に垂直な面とは異なる、上記冷却ガスを流出させる開口面とを含むノズルと、上記ノズルの上記開口面の向きを調整する調整機構とを有してもよい。これにより、上記本体の延びる方向を回転軸として、ノズルが回転させられることにより、冷却ガスの流出方向を調整することができる。

流出方向調整機構は、複数のノズルを有してもよい。

上記熱処理装置は、上記開口を開閉する開閉機構と、上記ヒータによる加熱処理のときに上記開口を閉じるように、かつ、上記圧力付与機構により上記冷却ガスが上記流路を流れるときに上記開口を開放するように、上記開閉機構を制御する制御手段とをさらに具備する。

本発明の一形態に係るインライン式熱処理装置は、加熱処理部と、冷却処理部と、熱処理装置と、搬送路とを具備する。上記加熱処理部は、上記被処理物を加熱し、上記冷却処理部は、被処理物を冷却する。上記熱処理部は、上述した熱処理装置と同様の構成を備える。上記搬送路は、上記加熱処理部、上記冷却処理部及び上記熱処理部で、被処理物が連続的に搬送されるように設けられている。

被処理物が処理される順序、つまり、加熱処理部、冷却処理部及び熱処理部が並ぶ順序は、例えば、加熱処理部、熱処理部、冷却処理部である。しかし、例えば、熱処理部、加熱処理部、冷却処理部の順序、または、その他の順序であってもよい。

「連続的に」とは、被処理物が、加熱処理部、冷却処理部、熱処理部を順に（上記のように順序は問わない。）搬送されることを意味する。

本発明の一形態に係る被処理物の製造方法は、開閉可能な開口を有し、上記チャンバ内に設けられた、被処理物を覆うケーシング内で、上記開口を閉じた状態で、上記被処理物を加熱することを含む。上記ケーシングの上記開口は、開放される。上記チャンバ外から導入路を介して直接上記ケーシング内に冷却ガスが導入され、上記ケーシング内に導入された上記冷却ガスが上記開口を介して上記ケーシング外に流出し、上記チャンバ内にある上記冷却ガスが、上記チャンバ内に連通する排出路を介して排出されるように、上記冷却ガスに圧力が与えられる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るインライン式熱処理装置を示す側面図である。

インライン式熱処理装置（以下、便宜的に「熱処理炉」という。）１００は、典型的には、真空下で被処理物Ｗを熱処理する真空熱処理炉である。被処理物Ｗは、例えば磁性材料、その他の金属材料、セラミックス、あるいはこれらの焼結体等である。

被処理物Ｗは、図示しないトレイに載せられる場合もあり、その場合、そのトレイごと搬送されて各処理室２０、３０、４０、５０及び６０で処理される。１つのトレイに複数の被処理物Ｗが載せられる場合もある。あるいは、そのトレイが多段に積み上げられ、その多段の複数のトレイごと搬送されて各処理室で処理される場合もある。

熱処理炉１００は、図１中、被処理物Ｗの上流側（左側）から順に、ロードロック室１０、加熱処理室２０、熱処理装置３０、２つの加熱処理室４０、５０、及び、冷却処理室６０を備えている。図１中、このように被処理物Ｗが流れる方向をＸ軸方向とする。

ロードロック室１０、複数の加熱処理室２０、４０、５０、熱処理装置３０、冷却処理室６０は、それぞれＸ軸方向に延びる円筒状の隔壁２１を有している。ロードロック室１０及び加熱処理室２０の間には、ゲートユニット１５が配置されている。

ゲートユニット１５は、ゲート１３と、ゲート１３を開閉する開閉装置１２とを有する。ゲート１３が閉められることで、ロードロック室１０及び加熱処理室２０がそれぞれ気密にされ、ゲート１３が開けられることで、ロードロック室１０及び加熱処理室２０との間で被処理物Ｗが移動することが可能となる。これと同様のゲートユニット１５が、加熱処理室２０及び熱処理装置３０の間、熱処理装置３０及び加熱処理室４０の間、加熱処理室４０及び５０の間、加熱処理室５０及び冷却処理室６０の間にも、それぞれ設けられている。

ロードロック室１０より上流側の位置から、冷却処理室６０より下流側の位置にかけて、複数の搬送ローラ４１が配列されている。複数の搬送ローラ４１により被処理物Ｗの搬送路が構成される。搬送ローラ４１は、例えば図示しないベルト、チェーン等の駆動機構により駆動される。これらの搬送ローラ４１により、各処理室で被処理物Ｗが自動的に連続的に搬送される。

ロードロック室１０では、熱処理炉１００の外側の気圧である例えば大気圧、及び、加熱処理室２０内の圧力の間で、そのロードロック室１０内の圧力が変化する。

加熱処理室２０、４０及び５０、熱処理装置３０では、典型的には６００〜１０００℃で被処理物Ｗが加熱される。しかし、加熱処理室２０、４０、５０及び熱処理装置３０のうち少なくとも１つが、被処理物Ｗを６００℃より低い温度で加熱してもよいし、１０００℃より高い温度で加熱してもよい。加熱処理室２０、４０、５０及び熱処理装置３０のうち少なくとも２つが、被処理物Ｗを実質的に同じ温度で加熱してもよい。

冷却処理室６０では、それより上流側で加熱された被処理物Ｗの温度、例えば１００〜２００℃にまで冷却される。熱処理炉１００は、冷却処理室６０内に冷却ガスを供給する図示しない供給設備を備えている。冷却処理室６０の冷却方式として、冷却ガスを用いる場合に限られず、例えば冷却プレート等に被処理物Ｗが載置されることで冷却される方式であってもよい。

加熱処理室２０、４０、５０、熱処理装置３０及び冷却処理室６０における処理温度、真空度は、被処理物Ｗ、あるいはその他の条件によりそれぞれ異なり、適宜変更可能である。

このような、段階的な加熱処理及び／または冷却処理によって、特有な、または最適な物性値を持つ被処理物Ｗが製造される。

図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、熱処理装置３０を上流側から見た図である。図３は、図２に示す熱処理装置３０の側面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ線の模式的な断面図である。図５は、図２に示したチャンバの内部を拡大した図である。

熱処理装置３０は、上記した円筒状の隔壁２１を備えている。この隔壁２１により、この熱処理装置３０のチャンバ１８が形成される。チャンバ１８内のほぼ中央には、被処理物Ｗを覆うケーシング２３が配置されている。ケーシング２３は、被処理物Ｗの加熱処理時のチャンバを形成する。ケーシング２３内の下部には、上述の複数の搬送ローラ４１がＸ軸方向に配列され、これらの搬送ローラ４１上に載置台３８及びこの載置台３８に載置された被処理物Ｗが配置されている。

ケーシング２３内には、例えばＸ軸方向に長い複数のヒータ３９が設置されている。ヒータ３９として、例えばカーボンヒータ、セラミックヒータ、金属線ヒータ等が挙げられる。ヒータ３９の数、形状、配置等は適宜変更可能である。

例えば被処理物Ｗが磁性材料の焼結体（熱処理炉１００で処理される前に既に焼結されているもの）である場合、このようなヒータ３９の加熱処理は、焼結後の保磁力を安定させるためのエージング処理となる。しかし、被処理物Ｗは、磁性焼結体に限られないことは上述した通りであり、ヒータ３９による加熱処理は、被処理物Ｗに対して様々な目的で用いられる。

図５に示すように、ケーシング２３は、典型的には、上壁２３ａ、両側壁２３ｂ及び底壁２３ｃを有する、実質的に直方体の形状を有している。ケーシング２３の底壁２３ｃには開口２３ｄが設けられ、この開口２３ｄには蓋体２３ｅが装着されるようになっている。蓋体２３ｅは、開閉機構４５により開閉される。

開閉機構４５は、例えば蓋体２３ｅの下部に接続された鉛直方向に延びる昇降棒３４と、昇降棒３４を昇降させる駆動シリンダ３３とを含む。このような開閉機構４５により、開口２３ｄが閉じられた状態から蓋体２３ｅが下降して開口２３ｄが開放され、開口２３ｄが開放された状態から、蓋体２３ｅが上昇して開口２３ｄが閉じられる。昇降棒３４とチャンバ１８内との隙間は、図示しないシール機構によってシールされている。

駆動シリンダ３３は、ガス圧、油圧等により昇降棒３４を駆動する。駆動シリンダ３３による駆動機構に限られず、リニアモータ、ベルト、チェーン等による駆動機構が用いられてもよい。

開口２３ｄは、典型的には１つ設けられているが、複数であってもよい。複数の開口２３ｄが設けられる場合、蓋体２３ｅもそれに応じて複数設けられる。

図４に示すように、ケーシング２３の上流端には、被処理物Ｗの搬入口２３ｆが設けられ、ケーシング２３の下流端には搬出口２３ｇが設けられている。これらの搬入口２３ｆ及び搬出口２３ｇは、隔壁２１の上流端の搬入口２１ｃ及び搬出口２１ｄと、Ｘ軸方向で実質的に同じ位置に位置している。したがって、ケーシング２３の搬入口２３ｆ及び搬出口２３ｇは、上記ゲート１３により開閉されればよい。しかし、このような形態に限られず、搬入口２３ｆ及び搬出口２３ｇには、ゲート１３とは別の開閉機構４５により開閉されてもよい。

なお、ケーシング２３は、他の室１０、２０、４０、５０及び６０のうち少なくとも１つにも、同様に設けられていてもよい。

ケーシング２３の材料として例えば断熱材料が用いられるか、または、ケーシング２３の内面に図示しない断熱板が貼り付けられている。あるいは、ケーシング２３に断熱材料が用いられ、かつ、ケーシング２３の内面にその断熱板が貼り付けられる場合もある。その場合、その貼り付けられた断熱板の主な目的は、冷却ガスの気流による、断熱材としてのケーシング２３の消耗防止を図ることにある。

図４及び図５に示すように、ケーシング２３の上部には、モータ３１により回転駆動され、ヒータ３９による加熱時に、ケーシング２３内の熱分布を均一にするための気流を発生するファン３２が配置されている。ファン３２とケーシング２３内との間には、気流のバッファ領域３７が設けられている。バッファ領域３７とケーシング２３内の領域との間には、複数の通気穴を有する拡散板４８が設置されている。これにより、ファン３２により発生する気流がバッファ領域３７に一旦溜まり、バッファ領域３７から拡散板４８により拡散されてケーシング２３内に流入する。

図５に示すように、隔壁２１の内部には、例えば水冷用の複数のパイプ２２がＸ軸方向に延設されている。これにより、隔壁２１が冷却される。これらのパイプ２２は、典型的には、他の各室１０、２０、４０、５０及び６０にも設けられている。

図２に示すように、隔壁２１の所定の位置には、排気口２１ｂが設けられ、排気口２１ｂには真空ポンプ３６が接続されている。また、隔壁２１には、例えば冷却ガスなど、ガスを供給する供給口２１ａが設けられ、供給口２１ａには冷却ガスの供給源３５が接続されている。冷却ガスとしては、例えばアルゴン、窒素、ヘリウム、その他の不活性ガスが用いられる。

図２及び図５に示すように、熱処理装置３０は、冷却ガスを直接ケーシング２３内へ導入するための導入路を構成する、例えば２つの導入管２４０を備える。また、熱処理装置３０は、チャンバ１８内に連通しチャンバ１８外へ冷却ガスを排出する排出路を構成する排出管２５０を備えている。少なくとも導入路及び排出路により、冷却ガスの流路２９が構成される。

２つの導入管２４０の構成は実質的に同じであるので、以降では、特に２つの導入管２４０の両方に着目しない限り、１つの導入管２４０について説明する。

図２に示すように、導入管２４０は、隔壁２１に設けられた穴部に通された供給管２４１と、供給管２４１の端部に接続されたノズルユニット２４２とを含む。供給管２４１は、実質的に水平方向に隔壁２１の側面から挿通されている。

図５に示すように、排出管２５０は、チャンバ１８の高さ方向における中心位置Ｃ３より高い位置でチャンバ１８に接続されている。これにより、後述するようにケーシング２３の下部の開口２３ｄから流出した冷却ガスが、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域で上昇して排出管２５０から排出される。すなわち、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域において、冷却ガスが拡散するように流れるので、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域の熱分布を均一にすることができる。なお、排出管２５０も複数設けられていてもよい。

図２及び図４に示すように、ノズルユニット２４２は、ケーシング２３内に冷却ガスを吐出する複数のノズル２４４と、複数のノズル２４４を保持し、かつ、供給管２４１から供給された冷却ガスの拡散領域を形成する、供給管２４１に接続された保持部材２４３とを備えている。保持部材２４３は、ケーシング２３の側壁２３ｂにその外面側から取り付けられている。ケーシング２３の側壁２３ｂ（または上記断熱板）には、複数のノズル２４４にそれぞれ対応する複数の穴が形成され、それらの穴に各ノズル２４４がそれぞれ挿入されている。冷却ガスが保持部材２４３の内部である拡散領域で拡散することにより、その拡散領域から各ノズル２４４へ均一に冷却ガスが供給される。また、このように複数のノズル２４４が設けられることにより、冷却ガスが均一にケーシング２３内を流れる。

ノズルユニット２４２は、ノズルユニット２４２の高さ方向の中心位置Ｃ１が、ケーシング２３内に配置された被処理物Ｗの高さ方向における中心位置Ｃ２より高い位置になるように、前記ケーシング２３に設けられている。物理現象として温度が低いガスほど下方に向かうので、このようなノズルユニット２４２の配置により、被処理物Ｗを効率的に冷却することができる。

図２及び図３に示すように、導入管２４０と排出管２５０とは、接続ボックス２６を介してそれぞれの内部が連通するように接続されている。接続ボックス２６内にはブロワファン４２が設けられ、例えば接続ボックス２６の上部に設けられたモータ２８により回転駆動される。このブロワファン４２により、供給口２１ａを介してチャンバ１８内に供給されたガスが、排出管２５０、接続ボックス２６及び導入管２４０を循環する。少なくともブロワファン４２により、冷却ガスに圧力を与える圧力付与機構が構成される。

排出管２５０には、熱交換器２７が接続されている。熱交換器２７は、排出管２５０を通る冷却ガスの熱を吸収する。熱交換器２７は、例えば、図示しない凝縮器及び冷媒を流通させる配管等に熱的に接続されていてもよい。このように、チャンバ１８外に熱交換器２７が配置されることにより、熱エネルギー効率を高めることができる。

なお、ゲート１３の開閉動作、開閉機構４５の開閉動作、真空ポンプ３６の動作、冷却ガスの供給源３５の動作、ブロワファン４２の動作、ファン３２の動作等の制御、また、これらの開始及び停止のタイミングの制御等は、図示しない制御部により実行される。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えている。ＣＰＵの代わりに、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が用いられてもよい。

以上のように構成された熱処理装置３０の動作を説明する。

加熱処理室２０における加熱処理が終了し、ゲート１３が開き、そのゲート１３を介して被処理物Ｗが熱処理装置３０のケーシング２３内に搬入される。このときケーシング２３の開口２３ｄは蓋体２３ｅにより閉じられていてもよいし、開放されていてもよい。

ゲート１３が閉じられ、チャンバ１８内が密閉された後、真空ポンプ３６が作動することでチャンバ１８内が、所定の真空度にまで減圧される。ケーシング２３の開口２３ｄが開いている場合、開閉機構４５により蓋体２３ｅが閉じられる。チャンバ１８内が所定の真空度に達すると、ヒータ３９によりケーシング２３内の被処理物Ｗが加熱される。加熱処理時には、ファン３２が駆動し、ケーシング２３内の熱分布の均一化を図ることもある。加熱温度、加熱時間は、上記したように適宜設定される。

ヒータ３９による加熱が終了すると、ファン３２の駆動が停止され、図６に示すように、ケーシング２３の開口２３ｄの蓋が下降することで、開口２３ｄが開放される。開口２３ｄが開放された後、あるいは開口２３ｄが開放されるときと実質的に同時に、供給口２１ａを介して冷却ガスがチャンバ１８内に供給される。冷却ガスは、チャンバ１８内が所定または所定範囲の圧力に達するまでチャンバ１８内に供給される。所定の圧力とは、大気圧でもよいし、大気圧より高くても低くてもよい。

開口２３ｄが開放された後、あるいは開口２３ｄが開放されるときと実質的に同時に、ブロワファン４２が作動する。ブロワファン４２が作動することで、チャンバ１８内の冷却ガスが排出管２５０から排出される。排出された冷却ガスは熱交換器２７に熱を放出することで、冷却ガスの温度が下がる。温度が下げられた冷却ガスは、接続ボックス２６及び導入管２４０を介して直接ケーシング２３内に導入され、開放された開口２３ｄを介してケーシング２３外へ流出する。

ケーシング２３外へ流出した冷却ガスは、排出管２５０から排出される。上記したように、排出管２５０は、チャンバ１８の高さ方向における中心位置Ｃ３より高い位置でチャンバ１８に接続されているので、ケーシング２３の下部の開口２３ｄから流出した冷却ガスが、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域で上昇して排出管２５０から排出される。これにより、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域の熱分布を均一にすることができる。

このように冷却ガスが流路２９を循環することで、被処理物Ｗが冷却処理される。冷却温度、冷却時間は、上記したように適宜設定される。

冷却処理が終了すると、例えば排気口２１ｂを介して冷却ガスが排気され、例えば加熱処理室２０及び／または４０と実質的に同じ圧力までチャンバ１８内が減圧される。

以上のように、本実施の形態に係る熱処理装置３０では、導入管２４０がノズルユニット２４２を介してケーシング２３に直接接続されている。つまり、チャンバ１８外から直接ケーシング２３内へ冷却ガスが導入される。これにより、熱を受容する前の冷却ガスが、チャンバ１８内であってケーシング２３外の領域に触れることがないので、熱エネルギー効率を高めることができる。

本実施の形態では、ケーシング２３の２つの側壁２３ｂから、つまり２方向からケーシング２３内に冷却ガスが導入されるので、被処理物Ｗを均一に冷却することができる。

また、ケーシング２３の両側壁２３ｂの間にある底壁２３ｃに冷却ガスが流出する開口２３ｄが設けられている。これにより、両側壁２３ｂからそれぞれの冷却ガスが、均一かつ効率的にケーシング２３内を通過して開口２３ｄを介してケーシング２３外に流出する。これにより、被処理物Ｗは均一に冷却される。また、例えば、複数の被処理物Ｗがトレイにより２次元的または３次元的に並べられてケーシング２３内に配置される場合、個々の被処理物Ｗの熱履歴を均一にすることができる。

特に、開口２３ｄがケーシング２３の下部である底壁２３ｃに設けられている。物理現象として温度が低いガスほど下方に向かうので、ケーシング２３内で効率的に冷却ガスが流れる。

図７は、上記ノズルユニット２４２の他の実施の形態を示す図である。

図７に示すノズルユニット３４２は、上記ノズルユニット２４２と同様に、複数のノズル３４４を有する。これらのノズル３４４の形状が、上記ノズルユニット２４２の各ノズル２４４の形状と異なる。例えばこのノズルユニット３４２は、ノズル３４４ごとに、各ノズル３４４からの冷却ガスの流出方向が調整可能に構成されている。

例えば、各ノズル３４４は、ノズル３４４の延びる方向（Ｙ軸方向）に垂直な面とは異なる開口面３４４ａを有する。本実施の形態では、図８に示すように、ノズル３４４の端部から斜めに切り欠かれるように開口面３４４ａが形成されている。作業者が、手作業によりノズル３４４を、Ｙ軸方向を回転軸とした方向Ｒ１に回転させることで、開口面３４４ａの向きが調整されるので、冷却ガスの流出方向が調整可能となる。この場合、ノズル３４４は、ノズル３４４本体の側面にネジ山が形成され、保持部材２４３にネジ止めされればよい。あるいは、別途のボルト等の係止部材により、ノズル３４４が所定の回転角度で保持部材２４３に固定されてもよい。

図７に示す形態では、ノズル３４４の開口面３４４ａがそれぞれ下方に向くように調整されているが、開口面３４４ａがそれぞれ上方に向くように調整されてもよい。

このような冷却ガスの流出方向の調整機構により、被処理物Ｗの大きさ、被処理物Ｗのケーシング２３内の位置等に応じて、冷却ガスの流出方向を調整することができる。

作業者の手作業ではなく、例えば作業者が、図示しない操作パネル等を介して熱処理装置３０の制御部へアクセスすることで、自動でノズル３４４がモータ等により回転するように、ノズルユニット３４２が構成されていてもよい。

本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

ケーシング２３の開口２３ｄは、底壁２３ｃに設けられる形態に限られず、側壁２３ｂに設けられていてもよい。その場合、ノズルユニット２４２、３４２あるいは導入管２４０は、その側壁２３ｂに対向する側壁２３ｂ、または底壁２３ｃに設けられてもよい。ケーシング２３の形状も実質的な直方体に限定されず、例えば図２におけるＸ、Ｙ及びＺ軸のすべての軸に平行でない軸を含む傾斜面を有していてもよい。その場合、その傾斜面に、ノズルユニット３４２が取り付けられていてもよい。

上記実施の形態に係る熱処理炉１００は、真空下で熱処理するものであったが、大気圧下、大気圧より多少減圧された減圧下で熱処理するものであってもよい。

上記実施の形態に係る熱処理炉１００では、導入管２４０及び排出管２５０がブロワファン４２を内蔵した接続ボックス２６により接続され、ブロワファン４２により冷却ガスが流路２９を循環する構成を示した。しかし、熱処理装置３０は、冷却ガスが循環するタイプのものでなくてもよい。例えば、この場合、チャンバ１８外の、実質的に領域の制限されない空間のエアが、直接ケーシング２３内に導入されるように導入管２４０が設けられ、チャンバ１８外から上記空間へ排出されるように排出管２５０が設けられていてもよい。

上記実施の形態では、熱交換器２７は、排出管２５０に接続されたが、導入管２４０あるいは接続ボックス２６に接続されてもよい。

上記実施の形態では、２つの導入管２４０が設けられる例を示したが、導入管２４０は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

インライン式熱処理装置１００の一部として、上記実施の形態に係る熱処理装置３０を説明したが、熱処理装置３０は単体の装置であってもよい。

本発明の一実施の形態に係るインライン式熱処理装置を示す側面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、熱処理装置を下流側から見た図である。 図２に示す熱処理装置の側面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線の模式的な断面図である。 図２に示したチャンバの内部を拡大した図である。 熱処理装置における冷却処理時の動作を説明するための図である。 上記ノズルユニットの他の実施の形態を示す図である。 図７に示すノズルの斜視図である。

符号の説明

Ｗ…被処理物
１８…チャンバ
２０…加熱処理室
２０、４０、５０…加熱処理室
２３…ケーシング
２３ａ…上壁
２３ｂ…側壁
２３ｃ…底壁
２３ｄ…開口
２３ｅ…蓋体
２７…熱交換器
２９…流路
３０…熱処理装置
３９…ヒータ
４２…ブロワファン
４５…開閉機構
６０…冷却処理室
１００…インライン式熱処理装置（熱処理炉）
２４０…導入管
２４１…供給管
２４２…ノズルユニット
２４２、３４２…ノズルユニット
２４３…保持部材
２４４、３４４…ノズル
２５０…排出管
３４４ａ…開口面

Claims (13)

1. チャンバと、
   開閉可能な開口を有し、前記チャンバ内に設けられ、被処理物を覆うケーシングと、
   前記ケーシング内の前記被処理物を加熱するヒータと、
   冷却ガスが前記チャンバ外から直接前記ケーシング内へ導入されるように設けられた導入路と、前記チャンバ内に連通する前記冷却ガスの排出路とを有し、前記冷却ガスが流れる流路と、
   前記導入路を介して前記ケーシング内に前記冷却ガスが導入され、前記ケーシング内に導入された前記冷却ガスが前記開口を介して前記ケーシング外に流出し、前記流出した、前記チャンバ内にある前記冷却ガスが前記排出路を介して排出されるように、前記冷却ガスに圧力を与える圧力付与機構と
   を具備する熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記ケーシングは、
   第１の側と、
   前記第１の側に対向する第２の側とを有し、
   前記導入路は、
   前記ケーシングの前記第１の側に接続された第１の導入管と、
   前記ケーシングの前記第２の側に接続された第２の導入管と
   を有する熱処理装置。
3. 請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記ケーシングは、前記開口が配置された、前記第１の側及び前記第２の側の間に接続された第３の側を有する熱処理装置。
4. 請求項３に記載の熱処理装置であって、
   前記ケーシングは、前記ケーシングの下部に前記第３の側を有する熱処理装置。
5. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記ケーシングは、前記ケーシングの下部に前記開口を有し、
   前記排出路は、前記チャンバの高さ方向における中心位置より高い位置で前記チャンバに接続された排出管を有する熱処理装置。
6. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記チャンバの外側であって、前記流路の一部に設けられた熱交換器をさらに具備する熱処理装置。
7. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記導入路は、前記ケーシングに設けられたノズルユニットであって、前記冷却ガスを前記ケーシング内に供給する複数のノズルを含むノズルユニットを有する熱処理装置。
8. 請求項７に記載の熱処理装置であって、
   前記ノズルユニットは、前記ノズルユニットの高さ方向の中心位置が、前記ケーシング内に配置された前記被処理物の高さ方向における中心位置より高い位置になるように、前記ケーシングに設けられている熱処理装置。
9. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記導入路からの前記ケーシング内への前記冷却ガスの流出方向を調整する流出方向調整機構をさらに具備する熱処理装置。
10. 請求項９に記載の熱処理装置であって、
    前記流出方向調整機構は、
    一方向に延びる本体と、前記本体に設けられ、前記本体の延びる方向に垂直な面とは異なる、前記冷却ガスを流出させる開口面とを含むノズルと、
    前記ノズルの前記開口面の向きを調整する調整機構と
    を有する熱処理装置。
11. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
    前記開口を開閉する開閉機構と、
    前記ヒータによる加熱処理のときに前記開口を閉じるように、かつ、前記圧力付与機構により前記冷却ガスが前記流路を流れるときに前記開口を開放するように、前記開閉機構を制御する制御手段と
    をさらに具備する熱処理装置。
12. 被処理物を加熱する加熱処理部と、
    前記被処理物を冷却する冷却処理部と、
    熱処理部であって、
    チャンバと、
    開閉可能な開口を有し、前記チャンバ内に設けられ、被処理物を覆うケーシングと、
    前記ケーシング内の前記被処理物を加熱するヒータと、
    冷却ガスが前記チャンバ外から直接前記ケーシング内へ導入されるように設けられた導入路と、前記チャンバ内に連通する前記冷却ガスの排出路とを有し、前記冷却ガスが流れる流路と、
    前記導入路を介して前記ケーシング内に前記冷却ガスが導入され、前記ケーシング内に導入された前記冷却ガスが前記開口を介して前記ケーシング外に流出し、前記流出した、前記チャンバ内にある前記冷却ガスが前記排出路を介して排出されるように、前記冷却ガスに圧力を与える圧力付与機構とを含む熱処理部と、
    前記加熱処理部、前記冷却処理部及び前記熱処理部で、前記被処理物が連続的に搬送されるように設けられた搬送路と
    を具備するインライン式熱処理装置。
13. 開閉可能な開口を有し、前記チャンバ内に設けられた、被処理物を覆うケーシング内で、前記開口を閉じた状態で、前記被処理物を加熱し、
    前記ケーシングの前記開口を開放し、
    前記チャンバ外から導入路を介して直接前記ケーシング内に冷却ガスが導入され、前記ケーシング内に導入された前記冷却ガスが前記開口を介して前記ケーシング外に流出し、前記チャンバ内にある前記冷却ガスが、前記チャンバ内に連通する排出路を介して排出されるように、前記冷却ガスに圧力を与える
    被処理物の製造方法。

Images